JP6869765B2 - Plasma processing equipment and plasma processing method - Google Patents
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Description
本発明は、真空容器内部の処理室内に配置された半導体ウエハ等の基板状の試料が処理室内に形成したプラズマにより処理されるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に係り、異なる組成を有した複数種類の処理用のガスを切り替えて処理室内に供給して形成したプラズマを用いて試料を処理するプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method in which a substrate-like sample such as a semiconductor wafer arranged in a processing chamber inside a vacuum vessel is processed by plasma formed in the processing chamber, and a plurality of types having different compositions. The present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method for processing a sample using the plasma formed by switching the processing gas of the above and supplying it into the processing chamber.
近年の半導体素子は微細化により、エッチングの精度はnmオーダーからÅオーダーへと移りつつある。当該Åオーダーでのエッチング処理の制御は重要な課題である。 Due to the miniaturization of semiconductor devices in recent years, the etching accuracy is shifting from the nm order to the Å order. Controlling the etching process on the order of Å is an important issue.
一般にエッチング工程においてエッチングの制御性を向上させるためには、連続放電時のエッチングに寄与するステップ時間を短くすることによって、制御性の向上を図る必要がある。本来の連続放電時の課題としては再現性や機差が問題となっていた。 Generally, in order to improve the controllability of etching in the etching process, it is necessary to improve the controllability by shortening the step time that contributes to etching during continuous discharge. Reproducibility and machine differences have been problems as issues during the original continuous discharge.
従来のプラズマ処理装置は、これらの連続放電時の課題である再現性や機差を抑制するために、異なるステップ間の放電継続におけるステップ移行時に異なるエッチングガスが混在することによる影響にたいして不活性ガスを用いた移行ステップを用いて抑制していた。このような従来技術としては、特開2007−287924号公報(特許文献1)に記載されたものが知られていた。 In the conventional plasma processing apparatus, in order to suppress the reproducibility and the machine difference which are the problems at the time of continuous discharge, the inert gas is affected by the influence of different etching gases being mixed at the time of step transition in the continuation of discharge between different steps. It was suppressed by using the transition step using. As such a prior art, those described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-287924 (Patent Document 1) have been known.
本従来技術は、真空処理室内にプラズマを形成して行う複数の処理ステップを用いて当該処理室内に配置された試料を処理するものであって、各々で圧力や処理用ガスの種類等が条件が異なる処理ステップの間にプラズマの放電が継続可能な不活性ガス、例えばArガスを供給する移行ステップを配置する技術が開示されている。さらに、本従来技術では移行ステップにおいては、当初真空処理室内の圧力を前の処理ステップのものに合わせた後、後の処理ステップの圧力に滑らかに変化させるものが開示されている
また、特開2008−91651号公報(特許文献2)に記載されたように、処理室へ供給される処理用ガスの供給用のガスラインに接続され分岐して処理室用の排気ポンプへ排気するガスラインとを備え、バルブの動作によりこれらのガスラインへの処理用ガスの通流を切り換えて処理室内への処理用ガスの供給を調節するものが知られていた。
In the present prior art, a sample arranged in the processing chamber is processed by using a plurality of processing steps performed by forming plasma in the vacuum processing chamber, and the pressure, the type of processing gas, and the like are conditions for each. Disclosed is a technique for arranging a transition step of supplying an inert gas, eg Ar gas, capable of continuing to discharge the plasma between different processing steps. Further, in the present prior art, in the transition step, there is disclosed that the pressure in the vacuum processing chamber is initially adjusted to that of the previous processing step and then smoothly changed to the pressure of the subsequent processing step. As described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-91651 (Patent Document 2), a gas line connected to a gas line for supplying a processing gas supplied to the processing chamber, branched, and exhausted to an exhaust pump for the processing chamber. It has been known that the flow of the processing gas to these gas lines is switched by the operation of the valve to adjust the supply of the processing gas to the processing chamber.
上記従来技術は、次の点について考慮が不十分であったため問題が生じていた。 The above-mentioned prior art has a problem because the following points are not sufficiently considered.
すなわち、上記の特許文献1は、不活性ガスを用いる移行ステップの開始に際して、1つのマスフローコントローラーで前の処理ステップにおける圧力に合わせるように不活性ガスの流量を調節した後、当該マスフローコントローラーで流量変更を行い次のステップの圧力条件に合わせることを行っていた。その際に1つのマスフローコントローラーで流量変更を行うため、その流量変更とその後の配管内部の圧力制定時間に時間が必要となることから、移行ステップの短時間化が課題であった。
That is, in
また、実プロセスステップにおいても、同流量、同ガス種のマスフローコントローラーを流量変更で使用する場合、切り替え時間が流量変更時間に律速されるという課題があった。加えて切り替えを行うためには、同流量、同ガス種のマスフローコントローラーを2つ用意することになり、それによる制作コストアップとそのマスフローコントローラーの実装スペースの確保が課題であった。 Further, even in the actual process step, when a mass flow controller having the same flow rate and the same gas type is used for changing the flow rate, there is a problem that the switching time is controlled by the flow rate change time. In addition, in order to switch, it was necessary to prepare two mass flow controllers with the same flow rate and the same gas type, and it was an issue to increase the production cost and secure the mounting space for the mass flow controller.
また、従来技術はガス流量やガス圧力を再現性よく高速かつスムーズにガスラインを処理室導入用のガスラインとドライポンプへ排気する為のガスラインを有し、それをバルブで切り換える処理用ガスの高速制御をおこなってきたが、これはガス供給ユニット内で、切り替えを行うため複数のガス種を使用する場合には、一度ドライポンプへ排気するためのガスラインでガスを混合した状態から処理室導入用のガスラインへ切り替えた際に、再度ガスを混合するため、その際に圧力変動が起こりその制定に時間がかかるという課題があった。 In addition, the conventional technology has a gas line for introducing a processing chamber and a gas line for exhausting the gas line to a dry pump with good reproducibility of gas flow rate and gas pressure at high speed and smoothly, and the processing gas is switched by a valve. In the gas supply unit, when multiple gas types are used for switching, the gas is processed from the state where the gas is mixed once in the gas line for exhausting to the dry pump. When switching to the gas line for room introduction, the gas is mixed again, so there is a problem that pressure fluctuation occurs at that time and it takes time to establish it.
また、バルブ開閉時の応答性バラつき0.1sを抑えるために、先にドライポンプで排気する側のガスラインバルブしめる方法があるが、バルブの開閉速度はソレノイドバルブとバルブをつなぐ、エアチューブの長さと太さに依存し、実際の装置実装条件では長いもので、0.2s近くかかるものもあるうえ、従来技術では、バルブ開閉時間装置システムの通信時間を考慮しておらず、その通信時間は0.1s〜0.2s程の指示遅れバラつきがあった。このため、その分のマージンを考慮すると0.5s以上前にバルブを閉めなくてはならず、その際の集積ブロック内での圧力上昇が引き起こす圧力変動が課題となっていた。 In addition, in order to suppress the responsiveness variation 0.1s when opening and closing the valve, there is a method of first closing the gas line valve on the exhaust side with the dry pump, but the opening and closing speed of the valve is the opening and closing speed of the solenoid valve and the air tube that connects the valve. It depends on the length and thickness, and it is long under the actual device mounting conditions, and in some cases it takes nearly 0.2 s. In addition, the conventional technology does not consider the communication time of the valve opening / closing time device system, and the communication time is long. There was an instruction delay variation of about 0.1 s to 0.2 s. Therefore, considering the margin for that amount, the valve must be closed 0.5 s or more before, and the pressure fluctuation caused by the pressure rise in the integrated block at that time has been a problem.
また、0.5s以上前にバルブ閉める場合、事前に次に流すガスのマスフローコントローラーの立上時間1sとそのガスラインの圧力制定時間に1s程度必要となっていた。このため、切り替え前の2.5s以上前にガスを流し始める必要があり、2s以下の短時間切り替えを実現するための課題となっていた。 Further, when the valve is closed 0.5 s or more before, about 1 s is required for the rise time of the mass flow controller of the gas to be flowed next and the pressure establishment time of the gas line in advance. Therefore, it is necessary to start flowing the gas 2.5 s or more before the switching, which has been a problem for realizing a short-time switching of 2 s or less.
また、バルブの開閉時間の問題を解決するために、ソレノイドバルブを直接バルブに実装するタイプの高速切り替え用のバルブを用いれば、15ms程度で切り替え可能であるが、ソレノイドバルブを直接バルブに実装する分のガス供給ユニット内の占有スペースが大きくなることに加え、それに伴うバルブ一つあたりのコスト上昇が課題となっていた。 Further, in order to solve the problem of valve opening / closing time, if a valve for high-speed switching of a type in which the solenoid valve is directly mounted on the valve is used, switching can be performed in about 15 ms, but the solenoid valve is mounted directly on the valve. In addition to increasing the space occupied in the gas supply unit, the cost increase per valve has been an issue.
また、従来技術においてはガス供給ユニットからのチャンバまでの処理室導入用ガスラインの配管内の流量が定常状態になるまでの応答性向上のために、その配管長を短くする必要があった。そのガス供給ユニット本体をチャンバに近づけることにより行ってきたが、装置の中でも比較的体積の大きいガス供給ユニット本体をチャンバに近づけるには空間的な制約が大きく、実装の為1m程度の配管長が必要になるという課題があった。 Further, in the prior art, it is necessary to shorten the pipe length in order to improve the responsiveness until the flow rate in the pipe of the gas line for introducing the processing chamber from the gas supply unit to the chamber becomes a steady state. This was done by bringing the gas supply unit body closer to the chamber, but there are large space restrictions to bring the gas supply unit body, which has a relatively large volume, closer to the chamber, and the pipe length is about 1 m for mounting. There was a problem that it was necessary.
また、従来技術としては処理用ガスの高速制御を行う際に、ガス切り替えで高速制御する処理用ガス流量とそれに付随するチャンバ圧力以外の制御パラメータの再現性および機差が問題となっていた。このような制御のパラメータとしては、プラズマ生成用のマイクロ波電力のマッチング、コイル電流、ウエハバイアスのマッチングがある。また、ステップ時間内には各制御パラメータの過渡応答時間があり、その部分は制御できないため再現性の悪化や機差を生む要因となる。 Further, as a conventional technique, when performing high-speed control of a processing gas, there has been a problem of reproducibility and machine error of control parameters other than the processing gas flow rate controlled at high speed by gas switching and the associated chamber pressure. Such control parameters include microwave power matching for plasma generation, coil current, and wafer bias matching. In addition, there is a transient response time for each control parameter within the step time, and since that part cannot be controlled, it causes deterioration in reproducibility and a factor that causes a difference.
マイクロ波電力の整合時間は、従来技術では、最大で0.2s、コイル電流の安定時間は最大で2s、ウエハバイアスのマッチングは0.5sと考えられる。一方で、処理用ガスの高速制御によりステップ時間を短時間化するとその過渡応答時間の全体に占める割合が増大することになる。この過渡応答時間での処理が処理結果に及ぼす影響は調節が困難であり、結果として処理の歩留まりが低下してしまうという問題が生じていた。さらに、このような過渡応答の期間での処理の再現性が低く装置毎の差(機差)が大きくなるという問題があった。このような問題点について上記従来技術では考慮されていなかった。 In the prior art, the matching time of microwave power is considered to be 0.2 s at maximum, the stabilization time of coil current is 2 s at maximum, and the matching of wafer bias is 0.5 s at maximum. On the other hand, if the step time is shortened by high-speed control of the processing gas, the ratio of the transient response time to the whole increases. It is difficult to adjust the influence of the processing in this transient response time on the processing result, and as a result, there is a problem that the processing yield is lowered. Further, there is a problem that the reproducibility of processing during such a transient response period is low and the difference (machine difference) between devices becomes large. Such a problem has not been taken into consideration in the above-mentioned prior art.
本発明の目的は、処理の歩留まりを向上させたプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus or plasma processing method with improved processing yield.
上記目的は、真空容器内部に配置された処理室内に所定の流量の処理用ガスをガス供給ユニットを通して供給し、前記処理室内に配置された試料台上に載置されたウエハを、各々異なる条件で供給された前記処理用ガスを用いて処理室内にプラズマを形成する複数の処理ステップを含む工程で処理するプラズマ処理装置または方法であって、前記工程が、前記前後の2つの処理ステップの間において前記処理室内に希ガスが供給される移行ステップであって、前記希ガスがその圧力を前記前の処理ステップで用いられる前記処理用ガスの条件と等しくなるように調節されて供給される当該第1の移行ステップと、当該第1の移行ステップの後に前記希ガスがその圧力と流量とを前記後の処理ステップで用いられる前記処理用ガスの条件と等しくなるように調節されて供給される第2の移行ステップとを含む移行ステップを備え、前記ガス供給ユニットは、前記真空容器と連結されたガス導入ラインと、このガス導入ラインと連通された前記複数の処理ステップにおいて用いられる前記処理用ガスを供給する第1のガス供給ライン及び前記第1及び第2の移行ステップ各々で用いられる前記希ガスが供給される第2及び第3のガス用供給ラインと、第1、第2、第3のガス供給ラインの各々に接続され且つ排気ポンプと連通された第1及び第2の捨てガスラインと、これら第1、第2、第3のガス供給ラインと前記ガス導入ライン及び第1及び第2の捨てガスラインの各々との間の連通を開閉する少なくとも1つのバルブとを備え、前記工程の2つの処理ステップとこれらの間の第1及び第2の移行ステップに応じて前記バルブが切り替えられて前記ウエハを処理することにより達成される。
The above purpose is to supply a predetermined flow rate of processing gas to a processing chamber arranged inside a vacuum vessel through a gas supply unit, and to provide wafers placed on a sample table arranged in the processing chamber under different conditions. A plasma treatment apparatus or method for processing in a step including a plurality of treatment steps for forming plasma in a treatment chamber using the treatment gas supplied in the above step, wherein the step is between the two treatment steps before and after the treatment. In the transition step in which the rare gas is supplied into the treatment chamber, the rare gas is supplied after adjusting its pressure so as to be equal to the conditions of the treatment gas used in the previous treatment step. After the first transition step and the first transition step, the rare gas is supplied with its pressure and flow rate adjusted to be equal to the conditions of the processing gas used in the subsequent processing step. The gas supply unit includes a transition step including a second transition step, and the gas supply unit is used for the gas introduction line connected to the vacuum vessel and the processing steps used in the plurality of processing steps communicated with the gas introduction line. A first gas supply line for supplying gas, a second and third gas supply lines for which the rare gas used in each of the first and second transition steps is supplied, and a first, second, and second gas supply line. The first and second waste gas lines connected to each of the three gas supply lines and communicated with the exhaust pump, the first, second and third gas supply lines, the gas introduction line and the first and first It comprises at least one valve that opens and closes communication with each of the second waste gas lines, the valve depending on the two processing steps of the step and the first and second transition steps between them. This is achieved by switching and processing the wafer.
本発明によれば、短時間ステップ時における課題であるプロセス性能の再現性悪化や機差を低減することができ、短時間ステップを実現することが出来る。 According to the present invention, it is possible to reduce the deterioration of reproducibility of process performance and the machine error, which are problems in the short-time step, and it is possible to realize the short-time step.
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
以下の実施例においては、真空排気装置が接続され内部を減圧可能な誘電体窓と真空容器により密閉された処理室と、被処理材を載置可能な基板電極と、基板電極に対向して備えられたシャワープレートと、処理室内に処理用ガスを供給するガス供給ユニットと、該誘電体窓よりプラズマを発生するための電磁波を導入するための高周波導入手段と、該プラズマを発生するための磁場を形成する手段とを有するプラズマ処理装置において、ガス供給ユニットからシャワープレートを経由して減圧処理室へ処理用ガスを供給する第1のガス供給ライン上にガス供給ユニットとは別にガス切り替え機構を備えたプラズマ処理装置とこれによる処理工程が示される。 In the following examples, a processing chamber to which a vacuum exhaust device is connected and sealed by a dielectric window capable of depressurizing the inside and a vacuum container, a substrate electrode on which a material to be processed can be placed, and a substrate electrode facing the substrate electrode. A provided shower plate, a gas supply unit for supplying a processing gas into the processing chamber, a high-frequency introduction means for introducing an electromagnetic wave for generating a plasma from the dielectric window, and a high-frequency introducing means for generating the plasma. In a plasma processing apparatus having a means for forming a magnetic field, a gas switching mechanism is provided separately from the gas supply unit on a first gas supply line that supplies processing gas from the gas supply unit to the decompression processing chamber via a shower plate. A plasma processing apparatus equipped with the above and a processing process by the same are shown.
本実施例のガス切り替え機構は、2つの繋ぎガス導入ラインと粗引き排気ラインに接続された2つの捨てガスラインとそれを切り替える為の、9つのバルブと、チャンバ導入ラインと圧力測定する圧力計と、2つ捨てガスラインの圧力を測定する為の2つの圧力計とチャンバ導入ラインと捨てガスラインの圧力を同じに制御する2つの圧力制御器とによって、構築される。この機構を用いて、それぞれの条件が開始する以前に、捨てガスラインに事前にガスを流し、定常流れにしておきながら、捨てガスラインの圧力をチャンバ導入ガスラインの圧力と同じになるように調節することにより、変動なく滑らかに繋ぎかえることができる。 The gas switching mechanism of this embodiment includes two waste gas lines connected to two connecting gas introduction lines and a rough exhaust line, nine valves for switching them, a chamber introduction line, and a pressure gauge for measuring pressure. It is constructed by two pressure gauges for measuring the pressure of the two waste gas lines and two pressure controllers that control the pressure of the chamber introduction line and the waste gas line in the same manner. Using this mechanism, the pressure of the waste gas line should be the same as the pressure of the chamber introduction gas line while pre-flowing the gas to the waste gas line and keeping it in a steady flow before each condition starts. By adjusting, it is possible to connect smoothly without fluctuation.
また、ガス切り替え機構をガス供給ユニット内とは別に備えることにより、ガス供給ユニット内のスペースに囚われることなく、ソレノイドバルブをバルブに実装した高速切り替え用のバルブを用いることができる。また、高速切り替え用のバルブを用いることにより、バルブの応答遅れを考慮して、開閉の切り替えタイミングをずらす必要がなく切り替えステップの短時間化が実現できる。 Further, by providing the gas switching mechanism separately from the inside of the gas supply unit, it is possible to use a valve for high-speed switching in which the solenoid valve is mounted on the valve without being confined to the space in the gas supply unit. Further, by using the valve for high-speed switching, it is not necessary to shift the switching timing of opening and closing in consideration of the response delay of the valve, and the switching step can be shortened.
また、高速切り替え時に不活性ガスを用いた移行ステップおよび移行ステップ用の追加のマスフローコントローラーを用いて、必ずガス切り替えを行えることから、処理ステップで同ガス種同ガス流量を使用する場合においても、流量変更による対応をする必要がなくなり処理ステップの短時間化が実現でき、もしくはガス供給ユニット内に同ガス種、同流量のマスフローコントローラーを2つ備える必要がないので製品コストを安く抑えることができる。 In addition, since gas switching can always be performed using a transition step using an inert gas and an additional mass flow controller for the transition step at the time of high-speed switching, even when the same gas type and the same gas flow rate are used in the processing step, It is not necessary to respond by changing the flow rate, and the processing step can be shortened, or the product cost can be kept low because it is not necessary to equip the gas supply unit with two mass flow controllers of the same gas type and the same flow rate. ..
加えて、ガス供給ユニット内は従来通りの動作となるので、ガス供給ユニット内のバルブを高価な高速切り替え用のバルブに置き換える必要がなくなり、またガス切り替え機構部のみ高速切り替え用バルブを用いればよいことから、製品コストを安く抑えることができる。 In addition, since the operation inside the gas supply unit is the same as before, it is not necessary to replace the valve in the gas supply unit with an expensive valve for high-speed switching, and only the gas switching mechanism needs to use the valve for high-speed switching. Therefore, the product cost can be kept low.
また、ガス供給ユニットの下流側にガス切り替えユニットも配置することにより、複数のガス種を使用する場合においても、複数のガスを混合した状態で定常流れにした後に、ガス切り替えを行うため、従来技術のようにガス切り替えの際に再度ガス混合する必要がなく、その際おこる処理用ガス配管内で発生する圧力変動を抑制できる。 Further, by arranging the gas switching unit on the downstream side of the gas supply unit, even when a plurality of gas types are used, the gas is switched after the steady flow is performed in the state where the plurality of gases are mixed. Unlike the technology, it is not necessary to mix the gas again when switching the gas, and the pressure fluctuation generated in the processing gas pipe at that time can be suppressed.
実際の処理ステップの運用として、処理ステップAと処理ステップBの間に移行ステップを用いる。この移行ステップを前半と後半の2つに別けて、前半の移行ステップ1では前処理ステップ条件Aのマイクロ波電力、コイル電流、処理室圧力を維持し、ウエハバイアス電力はOFFにし、ガス流量を同流量相当のアルゴンもしくは不活性ガスに切り替える。次に、後半の移行ステップ2ではウエハバイアス電力をOFFに維持しつつ、次処理ステップ条件Bのマイクロ波電力、コイル電量、処理圧力条件に切り替るとともに、処理ステップ条件Bでのガス同流量相当のArもしくは不活性ガスに切り替える。マイクロ波電力、コイル電流、処理室圧力、ガス流量を移行ステップ内で切り替えることにより、マイクロ波電力のマッチング時間、コイル電流の制定時間、これらの過渡応答時間が与える再現性や機差への影響を低減することができる。また、ウエハバイアス用マッチング回路のマッチング値についてはOFFの状態のときに次の処理ステップのマッチング値に事前にあわせておくことにより、過渡応答を抑制する。
As an operation of the actual processing step, a transition step is used between the processing step A and the processing step B. This transition step is divided into the first half and the second half, and in the first
従来技術の課題であるプロセス性能の再現性悪化や機差を低減することができ、短時間ステップを実現することが出来る。 It is possible to reduce the deterioration of reproducibility of process performance and the machine difference, which are problems of the prior art, and to realize a short step.
以下、本発明の実施例を、図1を用いて説明する。図1は本発明の実施例に係るプラズマ処理装置を示す図であり、特に本実施例ではマイクロ波ECR(Electron Cyclotron Resonance)エッチングを行うプラズマ処理装置である。 Hereinafter, examples of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention. In particular, in this embodiment, it is a plasma processing apparatus that performs microwave ECR (Electron Cyclotron Resonance) etching.
図1は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。この図において、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置は、基板状の処理対象の試料であるウエハ11が載せられて保持される試料台10が配置されプラズマが形成されてウエハ11が処理される処理室4を内部に備えた真空容器1と、その下方に配置され処理室4内部を排気するターボ分子ポンプ20を備えた排気装置部と、真空容器1外部で処理室4の上方及びその周囲を囲んで配置され処理室4内に供給されるプラズマ形成用の電界または磁界を発生するプラズマ形成部とを備えて、ウエハ11をエッチング処理して半導体デバイスを製造する工程を行う半導体製造装置である。
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing an outline of the configuration of the plasma processing apparatus according to the embodiment of the present invention. In this figure, in the plasma processing apparatus according to the embodiment of the present invention, a sample table 10 on which a
本実施例のプラズマ処理装置の真空容器1は、円筒形またはこれと見なせる程度の近似した形状を有してその円筒形の側壁と、その上方に開閉可能に配置された蓋部材であって円板形状を有し電界または磁界を透過可能な誘電体により構成された誘電体窓3(例えば石英製)を備えている。誘電体窓3と側壁の上端部とは、これらの間にOリング等のシール部材を挟んで接続され、誘電体窓3が接続された状態で真空容器1内部の処理室4内外が気密に封止されて保持され、真空容器1が誘電体窓3をその上部を構成する一部材として構成される。
The
誘電体窓3の下方には、この真空容器1内部の処理室4の天井面を構成して、処理室4内に上方から処理用のガスを供給するための貫通孔が複数個配置された円板形状を有した誘電体製(例えば石英、またはイットリア等のセラミクスを含む材料製)の板部材であるシャワープレート2が配置されている。シャワープレート2と誘電体窓3との間には、貫通孔から処理室4内に供給される処理用ガスが供給され拡散、分散して充満するバッファ用空間が配置されている。
Below the
このバッファ用の空間の内部はプラズマ処理装置に処理用ガスを供給するガス供給装置16と連結され、当該ガス供給装置16から供給されたエッチング処理用のガスが真空容器1に接続されたガス供給管を含むエッチングガスライン22を介して内部を通流する。また、ガス供給ユニット16からシャワープレート2を経由して減圧処理室へ処理用ガスを供給するエッチングガスライン22とチャンバ導入ガスライン25の間にガス切り替えユニット100が備えられている。真空容器1の下方には可変コンダクタンスバルブ18とターボ分子ポンプ20とドライポンプ19が配置され、真空容器1内の処理室4の底面に配置された真空排気口5を介し処理室4と連通されている。
The inside of the space for the buffer is connected to the
プラズマを生成するための電力を処理室4に伝送するため、誘電体窓3の上方には電磁波を放射する高周波導入手段として導波管6(またはアンテナ)が配置されている。
In order to transmit the electric power for generating plasma to the
導波管6は、その上下方向に延在した導波管6の円筒形の管状部分は上端部において水平方向に延在する断面矩形状の管状部分の一端部と連結されて向きが変えられ、さらに断面矩形状の管状部分の他端側には導波管6内へ伝送される電磁波を発振して形成するための電磁波発生用電源8が配置されている。この電磁波の周波数は特に限定されないが、本実施例では2.45GHzのマイクロ波が用いられる。
The direction of the
処理室4の外周部であって誘電体窓3の上方及び真空容器1の円筒状部分の側壁の外周側には、磁場を形成する磁場発生コイル9が配置され、電磁波発生用電源8より発振されて導波管6及び、空洞共振器7、誘電体窓3、シャワープレート2を介して処理室4内に導入された電界は、直流電流が供給されて磁場発生コイル9により形成され処理室4内に導入された磁場との相互作用により、エッチングガスの粒子を励起して処理室4内のシャワープレート2の下方の空間にプラズマを生成する。また、本実施例では処理室4内の下部であってシャワープレート2の下方にはその下面に対向して配置された試料台10が配置されている。
A magnetic
試料台10は、本実施例では略円筒形状を有してその上面であって処理対象のウエハ11が載せられる面には溶射によって形成された誘電体製の膜(図示省略)が配置されており、その誘電体の膜内部に配置された膜状の少なくとも1つの電極には高周波フィルター14を介して直流電源15が接続されて直流電力が供給可能に構成されている。さらに、試料台10の内部には、円板形状の導体製の基材が配置されておりマッチング回路12を介して高周波電源13が接続されている。
In this embodiment, the sample table 10 has a substantially cylindrical shape, and a dielectric film (not shown) formed by spraying is arranged on the upper surface thereof on which the
なお、本実施例のプラズマ処理装置は、上記真空容器1、排気装置部、プラズマ形成部を構成する部分、ガス切り替えユニット100、マッチング回路12、高周波電源13等の部分と信号の送受信を可能に接続された図示しない制御部を備えている。本実施例のプラズマ処理装置では、以下に説明するウエハ11をエッチング処理する工程において、制御部内のハードディスクやCD−ROM、RAMまたはROM等の記憶装置内に記憶されたソフトウエアが読み出されてこれに記載されたアルゴリズムに基いて半導体製のマイクロプロセッサ等の演算器の動作により算出された指令信号がこれらの各部分に送信されてこれらの動作が調節され、ウエハ11のエッチング処理が実施される。制御部は、このような記憶装置、演算器と送受信のためのインターフェースとが通信可能に接続されたユニットであって、1つまたは複数のデバイスから構成されていても良い。
The plasma processing device of this embodiment can transmit and receive signals to and from the
このようなプラズマ処理装置において、樹脂材を用いたマスク層を含む複数の膜層が積層された膜構造が上面に予め形成されたウエハ11は、当該膜構造の処理対象の膜層が処理されていない未処理の状態で、処理室4内部に搬送されて、試料台10上面上に保持され、当該処理室4内に形成されたプラズマが用いられて処理対象の膜層がエッチング処理される。より詳細には、未処理のウエハ11は、図示されていない真空容器1の側壁に連結され減圧された搬送室の内部にロボットアーム等の搬送手段が配置された真空搬送容器の当該搬送室を搬送されて、真空容器1側壁に配置された貫通孔であるゲート内部を通して処理室4内に搬入される。
In such a plasma processing apparatus, the
搬送手段上に保持された未処理のウエハ11は、試料台10内に配置された試料台10上面上方に突出した複数のピン上端上に載せられて受け渡される。ロボットアーム等の搬送手段が処理室4から搬出して図示しないゲートバルブがゲートを気密に閉塞した状態で、ピンが試料台10内部に降下して収納され試料台10上面に受け渡されたウエハ11は、直流電源15から印加される直流電圧の静電気力で試料台10上面上に吸着される。
The
次に、ガス供給ユニット16から所定の処理用ガスであるエッチングガスが処理室4内に供給され、圧力計17で処理室4内部の圧力を検出した結果がフィードバックされて可変コンダクタンスバルブ18の動作が調節され処理室4内部が処理に適した圧力に調節される。この状態で、電界及び磁界が処理室4内に供給されて試料台10及びシャワープレート2との間の処理室4内の空間に供給された処理用ガスの原子または分子が解離、電離されて処理室4内にプラズマが形成される。プラズマが形成された状態で、試料台10には高周波電源13から所定の周波数の高周波電力が印加されウエハ11上方にバイアス電位が形成され、当該バイアス電位とプラズマの電位との間の電位差に応じてプラズマ中の荷電粒子がウエハ11表面に誘引されてウエハ11表面上の膜構造と衝突して処理対象の膜がエッチング処理される。
Next, the etching gas, which is a predetermined processing gas, is supplied from the
本実施例のエッチング処理では、処理の開始後の時間の経過に伴って、ウエハ11上面上の膜構造の少なくとも1つの処理対象の膜層を異なる処理の条件でエッチング処理する複数の工程が切り替えられて実施される。さらに、本例では、時間の経過上の前後の2つの工程(処理ステップ)の各々の間に、前の工程での処理のものから後の工程での処理のものに処理の条件が変更される移行用の工程(移行ステップ)を少なくとも1つ有した処理の工程が実施される。
In the etching process of this embodiment, as the time elapses after the start of the process, a plurality of steps of etching at least one film layer of the film structure on the upper surface of the
このような膜構造の処理が所定時間行われて処理の終点が検出されると、バイアス電位形成用の高周波電源からの高周波電力の試料台10内部の円板形状の電極への供給は停止されて、エッチング処理が停止される。この後、静電気力による吸着が除電されて解除される。その後、試料台10内部に収納された複数のピンが駆動されて上方に移動して、複数ピンの上端上に載せられたウエハ11が試料台10上面からその上方に遊離されて保持される。この状態で、ゲートバルブが動作し開放されたゲートを通して再度処理室4内に進入した搬送装置上面上方に処理済みのウエハ11が受け渡され、搬送装置が処理室4外に退出してウエハ11が外部に搬出され、ゲートが再閉塞される。
When the processing of such a film structure is performed for a predetermined time and the end point of the processing is detected, the supply of high-frequency power from the high-frequency power source for forming the bias potential to the disk-shaped electrode inside the sample table 10 is stopped. Then, the etching process is stopped. After that, the adsorption due to the electrostatic force is eliminated and released. After that, the plurality of pins housed inside the sample table 10 are driven and move upward, and the
次に、本実施例のプラズマ処理装置に具備されたガス切り替え機構を有するガス切り替えユニット100について説明する。
Next, a
本実施例のガス切り替えユニット100には、ガス供給ユニット16と真空容器1との間を接続する第1のガス供給ラインであるエッチングガス供給ライン22と、このエッチングガス供給ライン22上に備えられた第1のバルブ101及び第1バルブ101とを備えている。さらに、エッチングガス供給ライン22から分岐して処理室4の排気用のターボ分子ポンプ20とその排気口からの流れの下流側に配置された粗引き用のドライポンプ19入口との間を接続する排気ライン21との間を接続して配置された第1の捨てガスライン23と、第1のバルブ101及びガス供給ユニット16の間のエッチングガス供給ライン22と第1の捨てガスライン23との間を接続する第1のバイパスライン104と、その第1のバイパスライン上に備えられた第2のバルブ102とを備えている。
The
更にまた、エッチングガス供給ライン22から分岐して排気ライン21との間を接続して配置された第2の捨てガスライン24と、第1のバルブ101及びガス供給ユニット16との間のエッチングガス供給ライン22と第2の捨てガスライン24との間を接続する第3のバイパスライン105と、第3のバイパスガスライン105上に備えられた第3のバルブ103とが配置されている。第1の捨てガスライン23,第2の捨てガスライン24は、エッチングガス供給ライン22上を流れる処理用ガスをドライポンプ19を通してプラズマ処理装置外部に排出するためのラインである。
Furthermore, the etching gas between the second
また、ガス切り替えユニット100は、移行ステップにおいて処理室4内にアルゴン等の希ガスあるいは不活性ガスを供給する第1移行ステップガス供給源117と、この第1移行ステップガス供給源117から供給される第1の移行ステップガスが内部を通流して第1移行ステップガス供給源117とエッチングガス供給ライン22との間を接続する第2のガス供給ライン110と、第2のガス供給ライン110上に配置され第1の移行ステップガスの流量または速度を調節する第1の移行ステップガス用マスフローコントローラー116とを備えている。第2のガス供給ライン110は、第1のバルブ101とチャンバ導入ガスライン25との間でエッチングガス供給ライン22に接続されている。
Further, the
さらに、第2のガス供給ライン110上に備えられた第4のバルブ111と、第2のガス供給ライン110から供給される第1の移行ステップ用ガスをドライポンプ19へと排気するために、第2のガス供給ライン110と第1の捨てガスライン23との間を接続する第3のバイパスライン114と、その第3のバイパスライン114上に備えられた第5のバルブ112とを備えている。更に、第1移行ステップガス供給源117から供給される第1の移行ステップガスをドライポンプ19へと排気するために、第2のガス供給ライン110と第2の捨てガスライン24との間を接続する第4のバイパスライン115と、その第4のバイパスガスライン115上に備えられた第6のバルブ113を備えている。
Further, in order to exhaust the
また、移行ステップにおいて処理室4内にアルゴン等の希ガスあるいは不活性ガスを供給する第2移行ステップガス供給源127と、この第2移行ステップガス供給源127から供給される第2の移行ステップガスが内部を通流して第2移行ステップガス供給源127とエッチングガス供給ライン22との間を接続する第3のガス供給ライン120と、第3のガス供給ライン120上に配置され第2の移行ステップガスの流量または速度を調節する第2の移行ステップガス用マスフローコントローラー126とを備えている。第3のガス供給ライン120は、第1のバルブ101とチャンバ導入ガスライン25との間でエッチングガス供給ライン22に接続されている。
Further, in the transition step, a second transition step
さらに、第3のガス供給ライン120上に備えられた第7のバルブ121と、第3のガス供給ライン120から供給される第2の移行ステップ用ガスをドライポンプ19へと排気するために、第3のガス供給ライン120と第1の捨てガスライン23との間を接続する第5のバイパスライン124と、その第5のバイパスライン124上に備えられた第8のバルブ122とを備えている。更に、第2移行ステップガス供給源127から供給される第2の移行ステップガスをドライポンプ19へと排気するために、第3のガス供給ライン120と第2の捨てガスライン24との間を接続する第6のバイパスライン125と、その第6のバイパスガスライン125上に備えられた第9のバルブ123を備えている。
Further, in order to exhaust the
また、ガス切り替えユニット100には、上記のガスライン各々上に圧力計が配置されており、チャンバ導入ガスライン25上にはチャンバ導入ガスライン用圧力計106が、第1の捨てガスライン23には第1の捨てガスライン用圧力計131が、第2の捨てガスライン24には第2の捨てガスライン用圧力計141が配置されている。
Further, in the
また、第1の捨てガスライン23上に可変コンダクタンスバルブ132が、第2の捨てガスライン24上には可変コンダクタンスバルブ142が各々配置されている。これらの可変コンダクタンスバルブ132,142各々は、第1の捨てガスライン用圧力計131、第2の捨てガスライン用圧力計141の各々が検出した値がチャンバ導入ガスライン用圧力計106が検出した値と同じ値になるように、そのバルブの開度によるラインを構成する配管内の流路断面積や流路の形状等のコンダクタンスを増減して、流量やその速度を調節する動作を行う。なお、第1の捨てガスライン23、第二の捨てガスライン24の各々に供給されたガスは、排気ライン21を通してドライポンプ19によりプラズマ処理装置外部に排出される。
Further, a
次に、本実施例のプラズマ処理装置が備えるマッチング回路12について図2を用いて説明する。図2は、図1に示す実施例が備えるマッチング回路の構成の概略を模式的に示すブロック図である。
Next, the matching
この図のように、本例のマッチング回路12は、高周波電源13と試料台10に内蔵された導体製の電極との間を接続する給電経路上に配置され、高周波電源13に近い順に、インピーダンスコントローラー26と、第1のマッチング用可変素子27と、第2のマッチング用可変素子28とが電気的に接続されて構成されている。また、マッチング回路12は、インピーダンス外部指示器29とスイッチを介して接続されている。
As shown in this figure, the matching
当該スイッチは、第1のマッチング用可変素子27と第2のマッチング用可変素子28との各々とインピーダンス外部指示器29との間の電気的な接続を遮断、接続する。さらに、マッチング回路12内にもインピーダンスコントローラー26とインピーダンス外部指示器29との間でこれらの電気的接続を遮断、接続するスイッチを備えている。
これらのスイッチによる切替えによって、インピーダンスコントローラー26とインピーダンス外部指示器29を切り替えることができる。インピーダンスコントローラー26に接続している場合は、インピーダンスコントローラー26がインピーダンスの偏差をモニタしながら、マッチング出来るように第1のマッチング用可変素子27と第2のマッチング用可変素子28を調節する。インピーダンス外部指示器29に接続している場合は、インピーダンス外部指示器29により任意の値になるように第1のマッチング用可変素子27と第2のマッチング用可変素子28を調節する。このスイッチによる切り替えは、高周波電源13をOFFした際に切り替えることができる。
The switch cuts off and connects the electrical connection between each of the first matching
By switching with these switches, the impedance controller 26 and the impedance
次に、本実施例が実施するエッチング処理の工程について図3,4を用いて説明する。図3は、図1に示す実施例が実施するエッチング処理の複数の工程の各々における条件の一部を示した表である。図4は、図3に示す工程の動作の流れを示すグラフである。 Next, the etching process performed by this embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. 3 is a table showing some of the conditions in each of the plurality of steps of the etching process carried out by the embodiment shown in FIG. FIG. 4 is a graph showing the flow of operations in the process shown in FIG.
上記のように、本実施例では、処理対象の少なくとも1つの膜層を処理する前後の2つの処理ステップの間に、これらのステップで異なる条件が前のものから後のものの値に変更される移行ステップを備えている。特に、この移行ステップは移行ステップ1、移行ステップ2の2つに分けられて前者から後者に引き続いて実施される。
As described above, in this embodiment, between the two treatment steps before and after treating at least one membrane layer to be treated, the different conditions in these steps are changed from the previous one to the later one. It has a migration step. In particular, this transition step is divided into two, a
移行ステップ1では、処理の条件のうち、電磁波発生用電源8から供給されるマイクロ波の電界を形成するための電力(マイクロ波電力)、磁場発生コイル9に供給される磁界を形成するための電流(磁場コイル電流)および処理室4内部の圧力(処理室圧力)は、その値が前の処理ステップである処理ステップAにおける条件のものに維持される。すなわち、移行ステップ1において、試料台10に供給されるバイアス形成用の電力(ウエハバイアス電力)は供給が停止され(OFFにされ)る。さらに、チャンバ導入ガスライン25を通流するガスは、アルゴンガスもしくは不活性ガスに切り替えられ、その流量は処理ステップAの処理用ガスと同じにされる。
In the
次に行われる、移行ステップ2においては、処理の条件のうち、ウエハバイアス電力は停止された(OFF)状態が維持され、マイクロ波電力、磁場コイル電流、処理室圧力の値の各々は処理ステップBの処理の条件のものに変更される。さらに、チャンバ導入ガスライン25を通流するアルゴンガスもしくは不活性ガスの流量は、処理ステップBの処理用ガスと同じ値になるように変更される。
In the
このように、移行ステップ1,2の間で、マイクロ波電力、磁場コイル電流、処理室圧力、処理室4に供給されるガスの流量等の処理の条件の値が当該移行ステップの前後の処理ステップの前の条件の設定から後のものに変更されることにより、マイクロ波電力の大きさが変更されてマッチングされるまでの時間、磁場コイル電流及び処理室圧力の値が変更されて安定するまでの時間が低減され、処理のスループットが向上する。さらには、上記設定値の変更の指令信号が受信されて変更が開始されてから実際の条件の値の変更が終了する、あるいはその値が変動の所定の許容範囲内の大きさになる、所謂過渡応答の時間における各条件の当該過渡応答のプロファイルの再現性が向上し、このような過渡応答の機差が低減され、処理の歩留まりが向上する。さらにまた、ウエハバイアス電力のマッチングについては、ウエハバイアス電力がOFFの状態で維持されている移行ステップ2において第1のマッチング用可変素子27と第2のマッチング用可変素子28との各々を処理ステップBにおける整合値を予め取得しておき当該整合値に処理ステップB開始前に合わせておくことにより、過渡応答の影響が抑制される。
In this way, between the transition steps 1 and 2, the values of the processing conditions such as the microwave power, the magnetic field coil current, the processing chamber pressure, and the flow rate of the gas supplied to the
次に、図3に示した各ステップにおけるガス切り替えユニット100内部のガスの流れについて、図5乃至8を用いて説明する。これらの図では、不活性ガスとしてアルゴン(Ar)が用いられ、第1の移行ステップガス用マスフローコントローラー116から供給されるアルゴンガスをアルゴンガス1(Ar1)、第2の移行ステップガス用マスフローコントローラー126から供給されるアルゴンガスをアルゴンガス2(Ar2)として示される。また、これらの図で示されるステップが実施されるウエハ11のエッチング処理における第1の捨てガスライン23を通過するガス流量、第2の捨てガスライン24を通過するガス流量の値の変化は図3に、処理の動作の流れは図4に示される。
Next, the gas flow inside the
図5に、処理ステップAのガス切り替えユニット100内部のガス流れを示す。図5は、図1の実施例に係るプラズマ処理装置が実施する処理ステップAにおけるガスの流れを模式的に示す図である。
FIG. 5 shows the gas flow inside the
本図において、処理ステップAの開始に際し、図示しない制御部からの指令信号に基づいて、エッチングガス供給ライン22上の第1のバルブ101が開かれ、ガス供給ユニット16から当該ステップの条件Aにおいて用いられる処理用ガスとしてのエッチングガスが、ガス供給ユニット16内に配置されたマスフローコントローラーによって流量あるいは速度が条件Aのものになるように調節されて、チャンバ導入ガスライン25を介して処理室4に供給される。この際、チャンバ導入ガスライン用圧力計106がチャンバ導入ガスライン25内の圧力を検知し、この検知結果が送信された制御部において圧力値が検出される。さらに、第1のバルブ101が開放される時刻と同時刻あるいは実質的にこれと見做せる程度に近似した時刻で、並行して第5のバルブ112が開かれて、第1の移行ステップガス用マスフローコントローラー116において当該条件Aのエッチングガスと同流量にされたアルゴンガス1(Ar1)が第2のガス供給ライン110と第3バイパスライン114とを介して第1の捨てガスライン23に供給される。
In this figure, at the start of the processing step A, the
また、第1のバルブ101の開放と実質的に同時刻で並行して第9のバルブ123が開かれ、第2の移行ステップガス用マスフローコントローラー126において処理ステップBにおける処理の条件である条件Bのエッチングガスと同じ流量に調節されたアルゴンガス2(Ar2)が第3のガス供給ライン120と第5バイパスラインとを介して、第2の捨てガスライン24に供給される。アルゴンガス1の第1の捨てガスライン23への供給の開始は、処理ステップAの期間中であって当該アルゴンガス1の流量または速度とが条件Aに等しくされるまでの時間が含むことが可能な時刻に開始され、処理ステップAの期間中は捨て第1のガスライン23におけるアルゴンガス1の流量または速度が条件Aのものに維持される。アルゴンガス2の第1の捨てガスライン24への供給の開始は、処理ステップAまたは移行ステップ1の期間中であって当該アルゴンガス2の流量または速度とが条件Bのものに等しくされるまでの時間が含むことが可能な時刻に開始され、処理ステップA及び移行ステップ1の期間中は捨て第2のガスライン24におけるアルゴンガス2の流量または速度が条件Bのものに維持される。
Further, the
すなわち、上記のアルゴンガス2の通流とともに、第1の捨てガスライン用圧力計131により第1の捨てガスライン23内の圧力が検知され、この検知の結果を示す信号が制御部に送信されて圧力が検出されて、検出結果に基いて制御部からの指令信号が可変コンダクタンスバルブ132に送信される。受信された指令信号に基づいた可変コンダクタンスバルブ132の動作より、第1の捨てガスライン23内のガス圧力がチャンバ導入ガスライン用圧力計106で検知され検出されたものと同じ値になるように調節される。同様に、第2の捨てガスライン用圧力計132により第2の捨てガスライン24内の圧力が検知され、制御部に送信されて圧力が検出され、制御部からの指令信号に基いて可変コンダクタンスバルブ142が駆動されることにより、第2の捨てガスライン24内の圧力がチャンバ導入ガスライン用圧力計106のものと同じ値になるように調節される。
That is, along with the flow of the
この状態で、処理ステップAが実施され、図示しない終点判定器が検知した終点を示す信号が制御部に送信されて終点が判定され、処理ステップAが停止される。さらに、制御部からの指令信号に基いて移行ステップ1が開始される。
In this state, the processing step A is executed, a signal indicating the end point detected by the end point determination device (not shown) is transmitted to the control unit to determine the end point, and the processing step A is stopped. Further, the
図6に、移行ステップ1のガス切り替えユニット100内部のガス流れを示す。図6は、図1の実施例に係るプラズマ処理装置が実施する移行ステップ1におけるガスの流れを模式的に示す図である。
FIG. 6 shows the gas flow inside the
移行ステップ1の開始に際して、制御部からの指令に基いて、エッチングガス供給ライン22上の第1のバルブ101が閉塞され、第2のバルブ102が開放されて、条件Aにされたガス供給ユニット16からのエッチングガスが第1のバイパスライン104を介して第1の捨てガスライン23に供給される。これと実質的に同時に並行して、第5のバルブ112が閉じられ、第4のバルブ111が開かれて、第1の移行ステップガス用マスフローコントローラー116により流量または速度が条件Aのエッチングガスのものと同値または実質的にこれと見做せる同等の値となるように調節されたアルゴンガス1が第2のガス供給ライン110とこれに接続されたチャンバ導入ガスライン25を通して処理室4に供給される。
At the start of the
このような状態が移行ステップ1の間維持されて、アルゴンガス1が第2のガス供給ライン110を通して処理室4に供給される。また、処理ステップ1の間において、第2の捨てガスラインの圧力計141の検知の結果が送信された制御部からの指令信号に基いて可変コンダクタンスバルブ142の動作が調節され、第二の捨てガスライン24の圧力が、第1のガス供給ライン用圧力計106が検知し検出されたものと同値または同等になるように調節される。移行ステップ2が開始されて予め定められた期間が経過したことが制御部により検出または判定されると、当該制御部からの指令信号に基づいて移行ステップ1が停止され移行ステップ2が開始される。
Such a state is maintained during the
図7に、移行ステップ2のガス切り替えユニット100内部のガス流れを示す。図7は、図1の実施例に係るプラズマ処理装置が実施する移行ステップ2におけるガスの流れを模式的に示す図である。
FIG. 7 shows the gas flow inside the
本図において、移行ステップ2の開始に際して、制御部からの指令信号に基づいて、第4のバルブ111が閉塞され第6のバルブ113が開放されて、第1の移行ステップガス用マスフローコントローラー116を通して条件Aのエッチングガスと同じ値になるように流量、速度が調節されたアルゴンガス1が第2のガス供給ライン110と第4バイパスライン115とを介して第2の捨てガスライン24へ供給される。この際、制御部からの指令信号に基いて、可変コンダクタンスバルブ142の動作が調節され、第2の捨てガスライン24内の圧力はチャンバ導入ガスライン用圧力計106の検知結果から検出されたチャンバ導入ガスライン25のものと同値または実質的に同値になるように調節される。
In this figure, at the start of the
また、上記と同時刻または実質的に同時に並行して、第9のバルブ123が閉塞され第7のバルブ121が開放されて、第2の移行ステップガス用マスフローコントローラー126により処理ステップBにおける処理の条件である条件Bのエッチングガスの流量、速度と同値または実質的に同等になるようその流量、速度が調節されたアルゴンガス2(Ar2)が第2のガス供給ライン120とこれに接続されたチャンバ導入ガスライン25を介して処理室4に供給される。この際、第2の捨てガスライン24内の圧力は、第2の捨てガスライン用圧力計141からの検知結果を示す信号から制御部で検出された結果に応じた制御部からの指令信号に基いて、可変コンダクタンスバルブ142の動作が調節され、チャンバ導入ガスライン25内のものと同値または同等になるように調節される。
Further, at the same time as above or substantially in parallel with the above, the
また、移行ステップ2の開始または終了までの間に、制御部からの指令に基いて、ガス供給ユニット16から供給されるエッチングガスは、その流量あるいはその速度等の値は、条件Aから条件Bのものとなるように調節され変更される。この際、ガス供給ユニット16からのエッチングガスは、移行ステップ1と同じく第1の捨てガスライン23に供給されている。さらに、図4に示すように、移行ステップ1において、処理ステップAの条件の値にされていた処理室圧力、マイクロ波電力は、移行ステップ2の開始時刻から終了時刻の間の期間に、処理ステップBのものに変更される。
Further, during the start or end of the
図8に処理ステップBのガス切り替えユニット100内部のガス流れを示す。図8は、図1の実施例に係るプラズマ処理装置が実施する処理ステップBにおけるガスの流れを模式的に示す図である。移行ステップ2が開始されて所定の時間が経過したことが制御部により検出あるいは判定されると、制御部からの指令信号がプラズマ処理装置の各部に発信されて移行ステップ2が停止されて処理ステップBが開始される。
FIG. 8 shows the gas flow inside the
本図において、処理ステップBの開始に際して、制御部からの指令信号に基いて、第1のガス供給ライン22上の第2のバルブ102が閉じられ第1のバルブ101が開かれて、ガス供給ユニット16から条件Bの流量、あるいは速度の値と同等のものに調節されたエッチングガスがチャンバ導入ガスライン25を介して処理室4に供給される。また、これと同時刻または実質的に同時に並行して、第7のバルブ121が閉じられ第8のバルブ122が開かれて、第2の移行ステップガス用マスフローコントローラー126により処理ステップBの次の処理ステップCの処理の条件である条件Cにおいて用いられるエッチングガスの流量、速度と同値または実質的に同等の流量、速度になるように調節されたアルゴンガス2が第3のガス供給ライン120と第4バイパスライン124とを介して、第1の捨てガスライン23へ供給される。
In this figure, at the start of the processing step B, the
さらに、処理ステップBの間において、アルゴンガス1が処理ステップBのものと同値または同等になるように流量または速度が調節されて供給される第2の捨てガスライン24内の圧力は、第2の捨てガスライン用圧力計141の検知結果を用いて検出された値に応じた制御部からの指令信号に基いて可変コンダクタンスバルブ142の動作が調節されて、チャンバ導入ガスライン用圧力計106と同じ値になるように調節される。また、マイクロ波電力、ウエハバイアス電力等の他の処理の条件は条件Bのものとなるように制御部からの指令信号に基づいて調節されて、処理室4内にプラズマが形成され処理ステップBのエッチング処理が、終点判定器の検知結果から処理の終点への到達が制御部で検出されるまで実施される。
Further, during the treatment step B, the pressure in the second
処理ステップBの後に処理ステップC及びこれへの移行ステップがある場合には、上記と同等に、前の処理ステップと条件が同等となるように調節され希ガスが供給される移行ステップ1と後の処理ステップと条件が同等となるように調節され希ガスが導入される移行ステップ2を挟んで、必要な限り処理ステップが実施される。
If there is a treatment step C and a transition step to the treatment step B after the treatment step B, the
上記の構成を備えたプラズマ処理装置によって、処理の条件を異ならせた複数の処理ステップが実施されるウエハ11の処理において、処理の条件が変更されて安定するまでの時間が低減され、処理のスループットが向上する。さらには、上記変更の指令信号が受信されて変更が開始されてから実際の条件の値の変更が終了する、あるいはその値が変動の所定の許容範囲内の大きさになる、所謂過渡応答の時間における各条件の当該過渡応答のプロファイルの再現性が向上し、このような過渡応答の機差が低減され、処理の歩留まりが向上する。
In the processing of the
なお、上記の実施例において、排気ライン21内の圧力は、これに一方の端部が接続される第1、第2の捨てガスライン23,24内部の圧力、すなわちチャンバ導入ガスライン25内の圧力と比べて著しく小さくされ、且つ排気の流量や速度は処理室4内の圧力を条件A,Bに維持可能にされている。このため、第1、第二の捨てガスライン23,24からのガスが所定の流量、速度で流入されたとしても、これらのガスライン内部の圧力や流量、速度に大きな変動を生起することは抑制される。
In the above embodiment, the pressure in the
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、図6,7で説明した上記の移行ステップ1,2においては、処理室4内にアルゴンガス1及び2を用いてプラズマが形成され、ウエハバイアス電力は停止され、ウエハ11の処理の進行が抑制されている。一方、移行ステップ1,2においてはプラズマが消火されて処理が停止されても良く、マイクロ波電力はその設定値のみが変更されて導波管6を通して処理室4内に導入されていなくても良い。
The present invention is not limited to the above-described examples, and includes various modifications. For example, in the transition steps 1 and 2 described with reference to FIGS. 6 and 7, plasma is formed in the
また、上記の実施例では、エッチングガス供給ライン22、第2のガス供給ライン110及び第2のガス供給ライン120と、チャンバガス導入ライン25、第1の捨てガスライン23及び第2の捨てガスライン24との間の各々には、2つのバイパスラインと3つのバルブとが配置され、各々が制御部からの指令信号に応じて、各ラインの開放と気密の閉塞とが行われて、チャンバガス導入ライン25と各供給ラインとの連通と各供給ラインと各捨てガスラインとの連通が切り替えられる構成が備えられている。これらの3つのバルブをより少ない数のバルブ、例えば4方弁等が用いられていても良い。この場合、エッチングガス供給ライン22、第2のガス供給ライン110及び第2のガス供給ライン120の少なくとも何れか1つは、このような弁に加えて各供給ラインとチャンバガス供給ライン25との間に3つの供給ラインの各々のガス通流の開放と気密の閉塞とを行うバルブが備えられていても良い。
Further, in the above embodiment, the etching
さらに、処理ステップAと処理ステップBとでは用いるエッチングガスは、用いられる物質の種類、組成が異なるものが用いられてもよく、同じ種類及び組成で流量または速度が異なる条件であっても、種類、組成の一方のみが異なるものであっても良い。また、用いる希ガスの種類は、移行ステップ1,2で異なるものであっても良い。上記した実施例は本発明を分りやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。 Further, as the etching gas used in the treatment step A and the treatment step B, those having different types and compositions of substances used may be used, and even if the same type and composition but different flow rates or velocities are used, the types may be different. , Only one of the compositions may be different. Further, the type of rare gas used may be different in the transition steps 1 and 2. The above-described embodiment has been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to the one including all the described configurations.
1…真空容器
2…シャワープレート
3…誘電体窓
4…処理室
5…真空排気口
6…導波管
7…空洞共振器
8…電磁波発生用電源
9…磁場発生コイル
10…試料台
11…ウエハ
12…マッチング回路
13…高周波電源
14…フィルター
15…静電吸着用直流電源
16…ガス供給ユニット
17…圧力計
18…可変コンダクタンスバルブ
19…ドライポンプ
20…ターボ分子ポンプ
21…排気ライン
22…エッチングガス供給ライン
23…第1の捨てガスライン
24…第2の捨てガスライン
25…チャンバ導入ガスライン
26…インピーダンスコントローラー
27…第1のマッチング用可変素子
28…第2のマッチング用可変素子
29…インピーダンス外部指示器
100…ガス切り替えユニット
101…第1のバルブ
102…第2のバルブ
103…第3のバルブ
104…第1のバイパスライン
105…第2のバイパスライン
106…チャンバ導入ガスライン用圧力計
110…第2のガス供給ライン
111…第4のバルブ
112…第5のバルブ
113…第6のバルブ
114…第3のバイパスライン
115…第4のバイパスライン
116…第1の移行ステップガス用マスフローコントローラー
120…第3のガス供給ライン
121…第7のバルブ
122…第8のバルブ
123…第9のバルブ
124…第5のバイパスライン
125…第6のバイパスライン
126…第2の移行ステップガス用マスフローコントローラー
131…第1の捨てガスライン用圧力計
132…可変コンダクタンスバルブ
141…第2の捨てガスライン用圧力計
142…可変コンダクタンスバルブ
1 ...
125 ...
Claims (5)
前記工程が、前記前後の2つの処理ステップの間において前記処理室内に希ガスが供給される移行ステップであって、前記希ガスがその圧力を前記前の処理ステップで用いられる前記処理用ガスの条件と等しくなるように調節されて供給される当該第1の移行ステップと、当該第1の移行ステップの後に前記希ガスがその圧力と流量とを前記後の処理ステップで用いられる前記処理用ガスの条件と等しくなるように調節されて供給される第2の移行ステップとを含む移行ステップを備え、
前記ガス供給ユニットは、前記真空容器と連結されたガス導入ラインと、このガス導入ラインと連通された前記複数の処理ステップにおいて用いられる前記処理用ガスを供給する第1のガス供給ライン及び前記第1及び第2の移行ステップ各々で用いられる前記希ガスが供給される第2及び第3のガス用供給ラインと、第1、第2、第3のガス供給ラインの各々に接続され且つ排気ポンプと連通された第1及び第2の捨てガスラインと、これら第1、第2、第3のガス供給ラインと前記ガス導入ライン及び第1及び第2の捨てガスラインの各々との間の連通を開閉する少なくとも1つのバルブと、前記工程の2つの処理ステップとこれらの間の第1及び第2の移行ステップに応じて前記バルブを切り替える制御部とを備えたプラズマ処理装置。
A processing chamber arranged inside the vacuum vessel, a gas supply unit that supplies a predetermined flow rate of processing gas into the processing chamber, and a sample table arranged in the processing chamber and on which a wafer to be processed is placed. A plasma processing apparatus that processes the wafer in a step including a plurality of processing steps for forming plasma in a processing chamber using the processing gas supplied under different conditions.
The step is a transition step in which a noble gas is supplied into the treatment chamber between the two treatment steps before and after the rare gas, and the pressure of the rare gas is applied to the treatment gas used in the previous treatment step. The processing gas used in the subsequent processing step for the first transition step, which is adjusted and supplied so as to be equal to the conditions, and the pressure and flow rate of the noble gas after the first transition step. comprising a transition step and a second transition step is adjusted to be equal to the conditions in the supply,
The gas supply unit includes a gas introduction line connected to the vacuum vessel, a first gas supply line for supplying the processing gas used in the plurality of processing steps communicated with the gas introduction line, and the first gas supply line. An exhaust pump connected to each of the second and third gas supply lines and the first, second and third gas supply lines to which the rare gas used in each of the first and second transition steps is supplied. Communication between the first and second waste gas lines, the first, second, and third gas supply lines, the gas introduction line, and each of the first and second waste gas lines. A plasma processing apparatus including at least one valve that opens and closes the gas, and a control unit that switches the valve according to the two processing steps of the step and the first and second transition steps between them.
前記制御部は、前記前の処理ステップの間に前記希ガスが前記第1の移行ステップにおいて用いられる条件で前記第1の捨てガスラインに供給され、前記第1の移行ステップの間に前記希ガスが前記2の移行ステップにおいて用いられる条件で前記第2の捨てガスラインに供給されるように前記バルブの動作を調節するプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 1.
The control unit supplies the rare gas to the first waste gas line during the previous processing step under the conditions used in the first transition step, and the rare gas during the first transition step. A plasma processing apparatus that adjusts the operation of the valve so that the gas is supplied to the second waste gas line under the conditions used in the second transition step.
前記第1、第2の捨てガスラインの各々の上に配置され内部を通流するガスの圧力を調節する第1及び第2の調節バルブを備えたプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 1 or 2.
A plasma processing apparatus provided above each of the first and second waste gas lines and provided with first and second adjusting valves for adjusting the pressure of gas flowing through the inside.
前記工程が、前記前後の2つの処理ステップの間において前記処理室内に希ガスが供給される移行ステップであって、前記希ガスがその圧力を前記前の処理ステップで用いられる前記処理用ガスの条件と等しくなるように調節されて供給される当該第1の移行ステップと、当該第1の移行ステップの後に前記希ガスがその圧力と流量とを前記後の処理ステップで用いられる前記処理用ガスの条件と等しくなるように調節されて供給される第2の移行ステップとを含む移行ステップを備え、 The step is a transition step in which a noble gas is supplied into the treatment chamber between the two treatment steps before and after the rare gas, and the pressure of the rare gas is applied to the treatment gas used in the previous treatment step. The processing gas used in the subsequent processing step for the first transition step, which is adjusted and supplied so as to be equal to the conditions, and the pressure and flow rate of the noble gas after the first transition step. A transition step including a second transition step that is adjusted and supplied to be equal to the conditions of
前記ガス供給ユニットは、前記真空容器と連結されたガス導入ラインと、このガス導入ラインと連通された前記複数の処理ステップにおいて用いられる前記処理用ガスを供給する第1のガス供給ライン及び前記第1及び第2の移行ステップ各々で用いられる前記希ガスが供給される第2及び第3のガス用供給ラインと、第1、第2、第3のガス供給ラインの各々に接続され且つ排気ポンプと連通された第1及び第2の捨てガスラインと、これら第1、第2、第3のガス供給ラインと前記ガス導入ライン及び第1及び第2の捨てガスラインの各々との間の連通を開閉する少なくとも1つのバルブとを備え、 The gas supply unit includes a gas introduction line connected to the vacuum vessel, a first gas supply line for supplying the processing gas used in the plurality of processing steps communicated with the gas introduction line, and the first gas supply line. An exhaust pump connected to each of the second and third gas supply lines and the first, second and third gas supply lines to which the rare gas used in each of the first and second transition steps is supplied. Communication between the first and second waste gas lines, the first, second, and third gas supply lines, the gas introduction line, and each of the first and second waste gas lines. Equipped with at least one valve that opens and closes
前記工程の2つの処理ステップとこれらの間の第1及び第2の移行ステップに応じて前記バルブが切り替えられて前記ウエハを処理するプラズマ処理方法。 A plasma processing method for processing the wafer by switching the valve according to the two processing steps of the step and the first and second transition steps between them.
前記前の処理ステップの間に前記希ガスが前記第1の移行ステップにおいて用いられる条件で前記第1の捨てガスラインに供給され、前記第1の移行ステップの間に前記希ガスが前記2の移行ステップにおいて用いられる条件で前記第2の捨てガスラインに供給されるプラズマ処理方法。 The plasma processing method according to claim 4.
During the previous treatment step, the noble gas is supplied to the first waste gas line under the conditions used in the first transition step, and during the first transition step, the noble gas is the second. A plasma treatment method supplied to the second waste gas line under the conditions used in the transition step.
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